CC BY
72
A UNIVERSUM:
№2(35)_m ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_Февраль. 2017 г.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ОСНОВЕ ОРТОКРЕМНЕВОЙ КИСЛОТЫ И СПИРТОВ
Соттикулов Элёр Сотимбоевич
мл. науч. сотр., ГУП Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии, 111116, Республика Узбекистан Ташкент. обл., Зангиотинскийр-н, п/о Ибрат
E-mail: [email protected]
Джалилов Абдулахат Турапович
д-р хим. наук, проф., директор, ГУП Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии, 111116, Республика Узбекистан Ташкент. обл., Зангиотинский р-н, п/о Ибрат
E-mail: a. [email protected]
RESEARCH OF ORGANOSILICON COMPOUNDS SYNTHESIS BASED ON THE ORTHOSILICIC ACID AND SPIRITS
Elyor Sottikulov
junior Research Scientist, SUE Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology,
111116, Uzbekistan, Tashkent Region, Zangiata District, Ibrat
Abdulahat Dzhalilov
doctor of Chemistry, Professor, Director of SUE Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology,
111116, Uzbekistan, Tashkent Region, Zangiata District, Ibrat
АННОТАЦИЯ
В статье представлено применение элементоорганических, особенно кремнийорганических соединений в народном хозяйстве и промышленности. Показано получение кремнийсодержащих соединений на основе местного сырья безвредным методом. Изучена химическая структура полученных кремнийсодержащих продуктов методом ИК-спектроскопии. ИК-спектры регистрировали на приборе System-2000 в области частот от 400 до 4 000 см-1 при комнатной температуре. Были получены кремнийорганические соединения на основе кремневой кислоты и н-бутанола - прозрачная жидкая гидрофобная масса, глицерина - вязкая коричневая жидкость, бен-зилового спирта - светло-коричневая твердая масса, дифенилолпропана - темно-коричневая твердая масса. На ИК-спектре ортокремневой кислоты с н-бутанолом определено, что полосы поглощения в области 2840 и 1190 см-1 характерны валентным колебаниям SiOCH3 групп; при взаимодействии ортокремневой кислоты с глицерином полосы поглощения при колебаниях 853 см-1 соответствуют валентным колебаниям SiOCH3 группы; при взаимодействии ортокремневой кислоты с бензиловым спиртом полосы поглощения при колебаниях 1090, 2843 см-1 соответствуют валентным колебаниям SiOCH3 в сложных эфирах; при взаимодействии ортокремневой кислоты с дифенилолпропаном полосы поглощения при колебаниях 1 190, 1 097 и 830-850 см-1 соответствуют валентным колебаниям SiOCH3. Исследовано влияние мольного соотношения на этерификацию ортокремневой кислоты со спиртами.
ABSTRACT
In the article the application of organoelemental, especially organosilicon compounds in the economy and industry is presented. The synthesis of organosilicon compounds is shown on the basis of local raw materials by a harmless method. The authors study the chemical structure of obtained silicon-containing products by the IR spectroscopy method. IR spectra are registered on the device System-2000 at frequency range from 400 up to 4000 cm-1 at room temperature. Organosilicon compounds have been obtained on the basis of silicic acid and n-butanol - a transparent hydropho-bic liquid mass, glycerine - a viscous brown liquid, benzyl alcohol - light brown solid mass, diphenylolpropane - dark brown solid mass. It is determined that absorption bands at 2840 and 1190 cm-1 are characterized by stretching vibrations of SiOCH3 groups on the IR spectrum of orthosilicic acid and n-butanol; under the reaction of orthosilicic acid with glycerol, absorption bands correspond to the stretching vibrations of SiOCH3 group at 853 cm-1 oscillations; under the reaction of orthosilicic acid with benzyl alcohol, absorption bands correspond to the stretching vibrations of SiOCH3 at 1090, 2843 cm-1 oscillations in esters; under the reaction of orthosilicic acid with diphenylolpropane, absorption bands correspond to the stretching vibrations of SiOCH3 at 1190, 1097 and 830-850 cm-1 oscillations. The influence of the molar ratio on the esterification of orthosilicic acid with spirits is investigated.
Библиографическое описание: Соттикулов Э.С., Джалилов А.Т. Исследование получения кремнийорганических соединений на основе ортокремневой кислоты и спиртов // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2017. № 2(35). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/4350
№ 2 (35)
A UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2017 г.
Ключевые слова: кремнийорганические соединения; жидкое стекло; эфир ортокремневой кислоты. Keywords: organosilicon compounds; soluble glass; ortho-silicate.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время трудно найти такую отрасль народного хозяйства, где бы ни использовались элементоорганические соединения, много направлений применения и кремнийорганических соединений отмечается и в промышленности.
Можно сказать, что элементоорганическая химия, а особенно промышленность находятся в поре развития, и, несомненно, их развитие приведет ко многим интересным и порой неожиданным результатам и возможностям применения элементооргани-ческих соединений в науке и технике.
Успехи синтеза кремнийорганических соединений и ценные свойства получаемых полимерных продуктов и материалов на их основе способствовали быстрому развитию их производства и использованию во многих отраслях народного хозяйства. Кремнийорганические соединения нашли широкое применение для изготовления теплостойких материалов, в кабельном производстве, высококачественных электроизолирующих материалов и других электрических машин, трансформаторов и другого электротехнического оборудования [1].
Первое кремнийорганическое соединение - этиловый эфир ортокремневой кислоты - было получено в 1845 году французским химиком Ж. Эбельманом из этилового спирта и четыреххло-ристого кремния. Д.И. Менделеев впервые установил строение эфира ортокремневой кислоты, а также указал на способность кислородных соединений кремния образовывать полимерные продукты [3].
Большое значение имеют кремнийорганические полимеры в качестве жаростойких антикоррозийных покрытий для металлов, таких как добавка для пластмассы, позволяющих работать при температуре от -60 до +550 °С, для изготовления дугостойких и теплостойких пластических масс и слоистых диэлектриков, а также в производстве точного (прецизионного) литья, не требующего механической обработки [2].
Жидкое стекло - водные растворы щелочных силикатов, независимо от типа щелочного катиона, полимерного строения и концентрации кремнезема, а также способа получения [4]. Согласно виду катиона жидкие стекла подразделяют на натриевые, калиевые, литиевые и аммонийные. Являясь продуктами основного неорганического синтеза, жидкое стекло производится практически во всех промыш-ленно развитых странах мира.
Кремневую кислоту получили из кварцевого песка, из которого затем получили жидкое стекло с помощью щелочных металлов и фильтровали раствор растворимых силикатов натрия и калия для получения качественного исходного сырья. Этот раствор использовали как стартовый материал для получения органосилоксанов.
Нейтрализацию силиката натрия проводили путем капельного наливания раствора силиката натрия к раствору серной кислоты для достижения высокой плотности кремниевой кислоты без гелеобразова-ния. Затем раствор кремниевой кислоты экстрагировали для предотвращения гелеобразования в процессе реакции.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Из полученной кремниевой кислоты были синтезированы кремнийорганические соединения путем этерификации различных спиртов (н-бутанола, глицерина, бензилового спирта и бисфенола-А). В трех-горлую колбу, снабженную холодильником и мешалкой, загрузили ортокремневую кислоту и спирт в мольном соотношении 1:15, добавили катализатор, постоянно перемешивая до температуры кипения. При различных мольных соотношениях кремниевой кислоты и спирта, в присутствии катализатора, было исследовано влияние времени реакции и температуры для алкильных органосилоксановых цепочек различной длины.
В процессе реакции были получены из кремневой кислоты с н-бутанолом - прозрачная жидкая гидрофобная масса, с глицерином - вязкая коричневая жидкость, с бензиловым спиртом - светло-коричневая твердая масса, с дифенилолпропаном -темно-коричневая твердая масса.
ИК-спектры регистрировали на приборе System-2000 в области частот от 400 до 4 000 см-1 при комнатной температуре.
Результаты и их обсуждение
На ИК-спектре ортокремневой кислоты с н-бутанолом (рис. 1) видно, что полосы поглощения при 2 840 и 1 190 см-1 принадлежат валентным колебаниям SiOCHз групп. Полосы поглощения в области 3 340 см-1 характерны для -ОН групп полученного продукта.
На ИК-спектре (рис. 2) видно, что при взаимодействии ортокремневой кислоты с глицерином полосы поглощения при колебаниях 853 см-1 соответствуют валентным колебаниям SiOCH3 группы. Полосы поглощения в области 3 330 см-1 характерны для -ОН групп непрореагирующего глицерина.
На ИК-спектре (рис. 3) видно, что при взаимодействии ортокремневой кислоты с бензиловым спиртом полосы поглощения при колебаниях 1 090,
2 843 см-1 соответствуют валентным колебаниям SiOCHз в сложных эфирах.
На ИК-спектре (рис. 4) видно, что при взаимодействии ортокремневой кислоты с дифенилолпро-паном полосы поглощения при колебаниях 1 190, 1 097 и 830-850 см-1 соответствуют валентным колебаниям SiOCH3. Полосы поглощения в области
3 зз0 см-1 характерны для -ОН групп полученного продукта.
№ 2 (35)
Д UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2017 г.
Рисунок 1. ИК-спектр эфира ортокремневой кислоты с н-бутанолом
Рисунок 2. ИК-спектр эфира ортокремневой кислоты с глицерином
Рисунок 3. ИК-спектр эфира ортокремневой кислоты с бензиловым спиртом
Спирты добавляют в кремниевую кислоту при перемешивании, нагревают до температуры кипения и кипятят при перемешивании в течение 16 часов. Полученный раствор (ортокремневая кислота с н-бутанолом и ортокремневая кислота с глицерином)
Рисунок 4. ИК-спектр эфира ортокремневой кислоты с дифенилолпропаном
фильтруют и сушат в вакууме при комнатной температуре в течение 4 часов.
Исходя из ИК-спектров, схему реакции орто-кремневой кислоты с бензиловым спиртом и бута-нолом можно предложить следующим образом:
CH2OH nH4SiO4 + 2n [^Т) —
HO
CH2
O I
-Si-OI
O
C
H2
H2O
n
№ 2 (35)
A UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2017 г.
n H4SiO4 + HO—CH2CH2CH2CH3
HO
C4H0
I
O I
-Si—OI
O I
C4HQ
H2O
На рисунках 5, 6 показан выход реакций взаимодействия с разными спиртами при различном мольном соотношении и времени.
Рисунок 5. Влияние мольного соотношения на выход этерификации ортокремневой кислоты со спиртами
На рисунке 5 видно, что наилучшее мольное соотношение для всех компонентов является 1:15. Наилучший выход 80 % показала реакция взаимодействия ортокремневой кислоты с бензиловым спиртом.
На рисунке 6 видно, что наилучший выход получается после 16 часов прохождения реакции. Также наилучший выход показала реакция взаимо-
Рисунок 6. Влияние времени на выход продуктов этерификации ортокремневой кислоты со спиртами
действия ортокремневой кислоты с бензиловым спиртом.
В таблице 1 показана растворимость в различных растворителях эфиров ортокремневой кислоты с н-бутанолом (БЭОКК), с глицерином (ГЭОКК), с бензиловым спиртом (БЭОКК), дифенилолпропаном (ДЭОКК).
Таблица 1.
Растворимость в различных растворителях
n
(БЭОКК) (ГЭОКК) (БЭОКК) (ДЭОКК)
Вода ---- - + + + ---- ----
Толуол + + + + + + + + + + + + + + + +
Этиловый спирт - + + + - + + + - - + + - + + +
Натриевая щелочь (10 %) ---- - - + + - - - + - + + +
*(----) - не растворяются, (- - + +) - плохо растворяются, (- + + +) - хорошо растворяются, (+ + + + )
- очень хорошо растворяются.
ВЫВОДЫ
В результате исследования получены новые кремнийорганические вещества экологически безопасным и экономически эффективным методом на основе местных сырьевых ресурсов:
1) Метасиликат натрия (жидкое стекло) получили из кварцевого песка с помощью щелочных металлов и фильтровали раствор метасиликата натрия для получения однородного, прозрачного, качественного сырья.
2) Получение ортокремневой кислоты из раствора метасиликата натрия с добавлением эти-
ленгликоля в малых количествах проводили путем нейтрализации смеси раствора в серной кислоте, чтобы избежать гелеобразования.
3) Из полученной ортокремневой кислоты были синтезированы кремнийорганические соединения путем этерификации с различными спиртами (н-бутанола, глицерина, бензилового спирта и би-сфенола-А). Было найдено наилучшее мольное соотношение кремниевой кислоты к спирту (1:15) и наилучшее время - 16 часов проведения реакции.
4) Полученные результаты анализа на приборе ИК-спектр System-2000 показали, что была изучена
1д UNIVERSUM:
№2(35)_ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_Февраль. 2017 г.
химическая структура кремнийорганических соеди- 5) Изучили растворимость полученных про-
нений. дуктов в разных растворителях при комнатной тем-
пературе.
Список литературы:
1. Андрианов К.А., Хананашвили Л.М. Технология элементоорганических мономеров и полимеров. - М., 1975. - 400 с.
2. Бажант В., Хваловски В., Ратоуски И. Силиконы. Кремнийорганические соединения, их получение, свойства и применение. - М., 1960. - 710 с.
3. Корнеев В.И. Растворимое и жидкое стекло / В.И. Корнеев, В.В. Данилов. - СПб.: Стройиздат, 1996. -216 с.
4. Соболевский М.В., Музовская О.А., Попелева Г.С. Свойства и области применения кремнийорганических продуктов. - М., 1975. - 296 с.
